Аморфные материалы (835546), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Здесь локальное упорядочение имеет не геометрическую, а химическую причину, посколькуоно является отражением характера сил взаимодействия между атомами разногосорта. В качестве локальных структурных элементов, случайнойупаковкойкоторых строится структура,' в ОЛК-моделях выступают тригональные призмы(Гэскалл), искаженные тетраэдры, икосаэдры и др. Следует отметить, что послепроведения релаксационной процедуры исходные определенные локальные координации атомов значительно искажаются, так что конечная структура мало зависит от типа выбранной в качестве базовой структурной единицы, а также отвида используемого парного потенциала. Все это уменьшает преимуществаи«предпочтительность» ОЛК-моделей по отношению к СПУ-моделям.
Кроме того,некоторые исходные предпосылки, заложенные в эту модель (постоянство отношения атомных радиусов металла и металлоида в пределах сплава данной системы), противоречат эксперименту.Очевидно, заслуживают внимания также различные модификации кластерных моделей [12, 22]*, хотя имеются веские соображения [25]*, что модельмикрогетерогенного строения расплава, предполагающая существование устойчивых кластеров (десятки атомов), противоречит его термодинамическим свойствам.С помощью ЭВМ можно моделировать не только структуру, но и исследовать физические свойства созданных моделей. Весьма плодотворным, в частности,оказался анализ распределения локальных внутренних напряжений (Эгами, Сроловиц, М аеда), позволивший создать модель дефектов п- и р -типа (области разряжения и сжатия), а также т-типа (области сдвиговых напряжений).
Моделировали процессы пластической деформации и радиационного- повреждения (Ямамото), свойства вакансий [36]*, активационные механизмы диффузии [37]*.В гл. 3 приведены экспериментальные данные (Эгами) по изменению интерференционной функции при низкотемпературном отжиге. Эти изменения отражают атомные перестройки в процессе эволюции аморфной фазы. Показано также, что машинные эксперименты могут успешно применяться для моделированияпроцесса структурной релаксации и для расшифровки .
природыэффектаанизотропии.Термическая стабильность аморфных сплавов обсуждается в гл. 4.Этосвойство лежит в самой природе этого класса материалов, получаемого путем15принудительного замораживанйя расплава. Аморфные сплавы — это не толькометастабильные по отношению к кристаллическому состоянию системы, но этосистемы, которые после закалки не находятся в состоянииметастабильногоравновесия. Переход лабильной аморфной фазы в свое метастабильное равновесное состояние протекает через ряд превращений, реализующихся в изменениикомпозиционного и топологического ближнего порядка (КБП и ТБП) и в уменьшении избыточного свободного объема, который обычно составляет ~ 0 ,5 % .При достаточно высокой температуре нагрева начинается кристаллизация, величина температуры кристаллизации определяет степень термической стабильностиаморфных сплавов разного состава.В процессе структурной релаксации изменяются практически все свойства.В гл. 4 подробно рассмотрены закономерности изменения точки Кюри и пластичности.
Топологическое упорядочение, которое тесно связано с выходом избыточного свободного объема, вызывает необратимое изменение всех свойств, но наиболее ярко проявляется в уменьшении плотности, диффузионной подвижностиатомов и внутреннего трения, а также в потере пластичности.Характернойчертой КБП является обратимая зависимость степени упорядочения от температуры, что в свою очередь обусловливает обратимоеизменениефизическихсвойств, в частности точки Кюри. Обратимо изменяются также модуль Юнга,электросопротивление, теплоемкость, магнитные свойства. Таким образом, величина изменения всех этих свойств при отжиге содержит в себе две компонентыизменения — необратимую и обратимую.Целесообразно рассматривать по пространственному диапазону три типаструктурных флуктуаций, которые можно сопоставлять с соответствующимиОвнутренними напряжениями; на атомном уровне ( < 10 А ), субмикронноМ,илиОмикроскопическом (103— 103 А ), и макроскопическом ( > 1 мкм).
Первыеиз них — дефекты я-, р- и т-типа; вторые — «квазидислокационные»диполи,введенных на основе экспериментов по изменению намагниченности вблизи насыщения (Кронмюллер); третьи — это закалочные напряжения, которые играютрешающую роль в формировании доменной структуры и соответственно гистерезисных магнитных свойств аморфных ферромагнетиков. Все эти виды структурных флуктуаций (напряжений) отражаютсоответствующиефлуктуацииплотности в аморфной фазе. Процессы необратимой структурнойрелаксациивключают в себя рекомбинацию я —р пар, уменьшение относительногочисладефектов я-типа (уменьшение свободного объем а), релаксацию микро- и макронапряжений.
Все эти процессы уменьшают иеравновесность аморфнойфазы,делая ее более «гомогенной». На фоне развития этих процессов в аморфныхсплавах могут также развиваться процессы кластеринга, которые существенновлияют на физико-механические свойства.Одним из прямых методов изучения выхода избыточного свободного объемаявляется дилатометрия. Недавно на примере высококобальтовых сплавов быловыяснено [38]*, что выход избыточного свободного объема в заметной степенипроявляется при температурах 200—250°С, так что ниже этойтемпературырелаксационные процессы (релаксация напряжений, направленное упорядочение)протекают при неизменной величине избыточного свободного объема, а выше —одновременно с его выходом. В последнем случае наблюдается,во-первых,увеличение наиболее вероятного значения энергии активации процесса релаксации напряжений и, во-вторых, резкое расширение спектра энергииактивацииэтого процесса [39]*.Для аморфных сплавов характерен ряд закономерностей структурной релаксации.
Во-первых, эффект обратимости свойств, о которых шла речь выше.Во-вторых, часто изменение свойств при отжиге происходит по закону 1п1.В-третьих, в аморфных сплавах наблюдается так называемый кроссовер-эффект(crossover), суть которого состоит в том, что если свойство, например, возрасталов процессе выдержки при Ти то нагрев до температуры Т2(Т2> Т \) приводитсначала к быстрому уменьшению данного свойства, а только затем к увеличению. Причем кинетика увеличения свойства в этом случае будет значительноотличаться от той, которая была бы, если бы начальной температурой была Т2.Кроссовер-эффект наблюдали при измерениях электросопротивления,модуля16Юнга, теплоемкости, теплового расширения. Теория, объясняющая в единоймодели все три явления, основывается на представлении, что в аморфных металлах существует широкий спектр энергии активации релаксационных процессов (Гиббс).Фундаментальным методом исследования процессов структурной релаксацииявляется метод дифференциальной сканирующей микрокалориметрии.
На основедетального анализа данных, полученных этим методом, авторы работы [40] *пришли к выводу о существовании двух стадий обратимых и необратимыхпроцессов структурной релаксации. На первой стадии в релаксации принимаютучастие металлические атомы (при их участии происходят локальные перегруппировки), на второй — основные и металлоидные атомы (перегруппировки приэтом совершаются на большие расстояния).Для исследования структурной релаксации широко используют также ряддругих эффективных методов: мёссбауэровскую спектроскопию, Оже-спектроскопию, ЯМР, метод электрон-позитронной аннигиляции и др.
[9]*. Б частности,показано, что ЯМР дает ценную информацию о направленном композиционномупорядочении (И иомата).В гл. 4 подробно описаны превращения при кристаллизации и влияние наних химического состава. Отметим только, что изучение этих процессов пред- ,ставляет не только познавательный интерес, но имеет важное практическоезначение. В первую очередь развитие этих процессов тесно связано с проблемойтермической стабильности аморфных материалов. Кроме того, контролируемаячастичная или полная кристаллизация обеспечивают формирование такой структуры, которая может быть полезной для практических целей (в частности,в первом случае удается повысить высокочастотные магнитные свойства,вовтором — создать сверхпрочные микрокристаллические материалы).
Здесь жерассматривается вопрос о диффузионной подвижности атомов в аморфныхсплавах. Поскольку этот вопрос в книге обсужден кратко, рекомендую ознакомиться с обзором [14]*.Самой большой по объему является гл. 5, целиком посвященная магнитномягким аморфным материалам. Это и не удивительно, поскольку, как отмечалосьвыше, магнитным свойствам до сих пор уделялось первостепенное значение, каксвойствам, интерес к которым предопределил во многом исключительный научный интерес к аморфным сплавам и вызвал к жизни новую металлургическуютехнологию.
Магнитножесткие аморфные материалы в книге только упоминаются, хотя интерес к ним, несомненно, будет возрастать. Информация по этомувопросу может быть получена из обзора [8]*.В первой части гл. 5 (ее можно назвать теоретической) описаны закономерности, связанные с магнитными константами (магнитныймомент,точкаКюри, магнитострикция), процессы намагничивания, анизотропия, дано обоснование способов оптимизации гистерезисных магнитных свойств. Во второй части — рассматриваются основные группы магнитномягких и других материаловмагнитной природы (инвары, сплавы с высокой магнитомеханической связью),а также области и перспективы их практического использования.Остановимся на некоторых «трудных» проблемах магнитномягких аморфных материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
